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WO2018158354A1 - Verfahren zum betrieb einer produktions- oder werkzeugmaschine, nach dem verfahren arbeitende produktions- oder werkzeugmaschine und computerprogramm als implementierung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer produktions- oder werkzeugmaschine, nach dem verfahren arbeitende produktions- oder werkzeugmaschine und computerprogramm als implementierung des verfahrens Download PDF

Info

Publication number
WO2018158354A1
WO2018158354A1 PCT/EP2018/054996 EP2018054996W WO2018158354A1 WO 2018158354 A1 WO2018158354 A1 WO 2018158354A1 EP 2018054996 W EP2018054996 W EP 2018054996W WO 2018158354 A1 WO2018158354 A1 WO 2018158354A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
machine tool
production
machine
path
coordinate system
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/054996
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David Bitterolf
Carsten Hamm
Theo Reichel
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2018158354A1 publication Critical patent/WO2018158354A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4069—Simulating machining process on screen
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32017—Adapt real process as function of changing simulation model, changing for better results
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35308—Update simulator with actual machine, control parameters before start simulation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39022—Transform between measuring and manipulator coordinate system

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a production or machine tool. Furthermore, the ER relates invention also operating according to the process device, in particular a working according to the method of production ⁇ or a machine tool or a particular for controlling and / or monitoring the production or machine tool controller, which otherwise also operates according to the method proposed here , Finally, the invention also relates to a computer program as an implementation of the method which is carried out during the operation of a production or machine tool.
  • the manufacturing result in the production of a workpiece on an NC-controlled machine tool or the like depends on the type of the machine, its mechanical components and the quality of the machine optimization.
  • the kinematics of the machine also play an important role.
  • the effects depend inter alia on ⁇ on the specific fixture situation of the respective workpiece. Due to the kinematic coupling of the axes, a small Cartesian shift often leads to dramatically different motion profiles of the NC axes.
  • a computerimple ⁇ mentierts method of analyzing the quality of a workpiece of at least one CNC (Computer Numerical Control) machine goes out.
  • a digital machine model of the CNC machine is provided with real-time and non-real-time process data of the at least one CNC machine, wherein the real-time and non-real-time process data are recorded during the machining process of the workpiece concerned and wherein the processing based on the digital machine model, based at least in part on the recorded real-time and non-real-time process data.
  • the document EP3125054A1 discloses a method for aligning a workpiece to be machined with the following steps: a) providing a workpiece-fixed machining path for machining the workpiece; b) selecting a rigid transformation of the positioning of the workpiece; c) simulating the workpiece-fixed machining path taking into account the rigid transformation of the positioning of the workpiece; d) determining at least one Pro ⁇ zess detox the machining of the workpiece; the Steps b) to d) are repeated by modifying the at least one rigid transformation of the positioning of the workpiece until the at least one process variable reaches a target value.
  • the document EP3125054A1 discloses a method and / or a device for simulating a control and / or machine behavior of tool or production machines, wherein data is transmitted via the tool or production machines from this to a simulation device by means of an intranet and / or by means of an Internet become.
  • the data can be automatically transmitted to the simulation device, wherein in particular at least after the change of a date from the amount of data at least this date is transmitted to the simulation device.
  • An object of the present invention is to provide an improved possibility, compared to the prior art, for a simulation of a machining of a workpiece by a machine tool or the like.
  • the proposed innovation is not just for work ⁇ impressive machine, but in general for achsbasteil machines into consideration.
  • machine tools as is known, all machines are designated, which serve, inter alia, in mechanical engineering and toolmaking for machining components (blanks, workpieces) with tools and have a plurality of machine axes for moving the respective tool.
  • the machine tools also include so-called NC or CNC machines.
  • An industrial robot is known to be a general-purpose programmable machine with a plurality of Ma ⁇ schin axes, which is determined in addition to processing of components, alternatively also for handling of work pieces and for assembly purposes and furnished.
  • An industrial robot is an example of a general processing machine described here as a production machine .
  • a convincedma ⁇ machine is an example of a specialbutsma ⁇ machine.
  • the handling and transport or for example for customi ⁇ nauen placement in relation to at least one other component are designed and arranged to be mentioned in the following production or machine tools.
  • Actual information is available on how exactly with the respective production or machine tool, a component can be edited.
  • the actual path equal to ground and the encryption result is a result of the movement data of the respective production or power tool and corresponding flow mechanical and kinematic properties of the Pro ⁇ dumies- or machine tool in the actual path and the Ver ⁇ same track.
  • such influences are reduced and there can be a certain extent a machine axis with ur ⁇ sprün Mi stiffness and / or the original friction simulate.
  • a comparison of the comparison web with the actual web and / or the desired web thus provides insights, such as, for example, certain unavoidable wear effects that affect the quality of a working or processing of a component by means of the production or machine tool.
  • control device for controlling and / or monitoring a production or machine tool, which operates according to the method as described here and below and includes means for carrying out the method.
  • the hereinafter be ⁇ prescribed method is preferably implemented for automatic execution in the form of a computer program.
  • the invention is thus on the one hand also a computer program with a computer, namely the control device of the production or machine tool, executable program.
  • a memory medium with such a computer program ie a computer program product with program code means, and finally also a control device of a production or machine tool, loaded in the memory as a means for performing the method and its embodiments, such a computer program or loadable.
  • the computer program is for execution by a computer system, in particular an intended to control and / or monitoring a production machine or machine tool Steue ⁇ reasoner determined. If steps or sequences of method steps are described below, this refers to actions to be performed under the Computerpro ⁇ program or under control of the computer program unless expressly noted that individual actions are initiated by a user of the computer program. At least "automatically", any use of the Be ⁇ handle means that the action in question is due to the computer program or under control of the Computerpro ⁇ program.
  • the method may be continuously formed by means of one or more features of the method for operating a production or machine tool relating to executed by the control device or the production or machine tool Ver ⁇ method steps.
  • the control device or the production or machine tool can be developed by means for carrying out method steps carried out in the context of the method. According to apply features and details that are described here in connection with the pre-chosen ⁇ A method of operating a production or machine tool and possible embodiments, of course, also in connection with and in relation to the particular for implementing the method
  • the determination ⁇ ment of the reference path is carried out automatically when a comparison of the actual track with the desired course, possibly a sectional comparison, ie a comparison of a portion of the actual track with a corresponding portion of the desired course, a predetermined or specifiable
  • Threshold exceeding deviation results. Such a deviation from the nominal path indicates that the processing or processing of the respective component can not be done with the intended accuracy. Then it is obvious that maintenance of the production or machine tool can be erforder Lich. Whether such a maintenance is necessary or expedient results when, when comparing an automatically generated reference path with the desired path (or a section-wise comparison of reference and desired path), such deviations no longer occur or are at least reduced.
  • the method allows a demand equitable ⁇ tes causing and / or scheduling maintenance or
  • the invention provides that the movement data is present in the form of data for a movement path of the production or machine tool in a machine coordinate system, that the movement path in the machine coordinate system is transformable into a movement path in a workpiece coordinate system and that the idealization or deterioration before or in connection with the transformation of the trajectory in the machine coordinate system in the workpiece coordinate system.
  • This takes into account the fact that a so-called, basically known per se transformation from the machine coordinate system to the workpiece coordinate system (co-ordinate) ordinate transformation) is strongly nonlinear. Small changes in the trajectory in the machine coordinate system can thus lead to significant changes in the corresponding trajectory in the workpiece coordinate system.
  • An idealization or desired deterioration on which the comparison path is based is therefore expediently carried out in the workpiece coordinate system, especially as the effects of such an idealization or deterioration in the workpiece coordinate system are more observable than in the machine coordinate system.
  • the method proposed here the idealization or degradation is successively performed for all axes encompassed by the production or machine tool, and indeed to ⁇ side for exactly one axis of the production or machine tool. Then, for example, the review above exempla ⁇ driven described whether certain Verschl furnisherschei ⁇ voltages are present, be performed individually for each axis, so that finally results in exactly which axis or axes wel ⁇ che of wear or the like are affected. This allows a very accurate diagnosis of each ⁇ ips production or machine tool and, on that basis ⁇ precise planning of maintenance or servicing measures at a production or machine tool to a means-tested spare parts.
  • FIG. 3 shows a movement path of the machine tool taken, for example, during a machining of a component part by means of a machine tool in a so-called
  • FIG 4 shows a to the path of movement as shown in FIG 3 korrespondie ⁇ Rende path of movement of the machine tool in a so-called ⁇ workpiece coordinate system, the movement path resulting in the workpiece coordinate system due to a coordinate transformation of the trajectory shown in FIG 3
  • FIG 5 shows a sequence of steps according to FIG 2 with a in the
  • FIG. 6 shows a trajectory of the machine tool to be traversed during a working or processing of a component
  • FIG 8 is a manufactured by a machine tool construction ⁇ part with resulting due to deviations between a designated set path and an actual path tösumblelichen defects in the surface of the component,
  • animal sectional comparative web which is for diagnosis of the machine tool with the desired and / or actual path ver ⁇ equalized
  • Control device for carrying out the method proposed here when comparing a reference path with the desired path, wherein as a result of the comparison as a diagnosis of the machine tool, a message is generated.
  • FIG. 1 schematically highly simplified - as an example of a production or convincedma machine 1 of the type mentioned, a principle known per se, the machine tool 1 and a product manufactured in a known manner by means of the machine tool 1 in principle or machined component 2.
  • the advantage of the innovation proposed here is that a component 2 to be manufactured by means of a machine tool 1 with three, five or more axes can be produced virtually, ie as part of a simulation, and its surface quality can be evaluated .
  • typical features and effects are taken into account, which are due to a respective kinematics of the machine tool 1.
  • the approach proposed here can, for example, revealed dependencies between effects in the workpiece coordinate system and axial plane and examined the ⁇ . Due to the geometric conditions, the mathematical transformation between the movements of the individual axes of the respective machine tool 1 in the so-called machine coordinate system (MBS) on the one hand and the movement of the tool in the so-called workpiece coordinate system (WCS) is highly nonlinear.
  • the axes of the machine tool 1 are in principle in a manner known per se, for example by three Cartesian axes and one or two rotary axes. Other axis configurations are also conceivable.
  • first step 12 a movement of the axes of the respective machine tool 1 (machine axes) is initiated, simulated or virtualized.
  • the component to be manufactured 2 in the usual manner is produced on egg ⁇ ner machine tool 1 for example.
  • the tool is moved as in a machining of the component 2, but without a component 2 or the like being located in the machine tool 1 (machining "in the air") Processing of the Component 2.
  • Each of the three alternatives supplies movement data of the machine tool 1, that is to say either movement data of the real machine tool 1 or movement data of the virtual machine tool.
  • Hurry machine tool recorded in the machine ⁇ coordinate system.
  • other measurable quantities or quantities derived therefrom are recorded in the machine coordinate system, for example a direction reversal of a machine axis.
  • step 16 the motion profiles 14 in the machine coordinate system are transformed into the workpiece coordinate system by means of a necessary, known transformation instruction for coordinate transformation.
  • the processing result 20 can be displayed, for example, on a computer monitor and then analyzed and evaluated without a blank being consumed. Since ⁇ for the processing result 20 or a part of the Bear ⁇ beitungstries 20 is represented, for example, as a computed geometric surface (see Figures 8, 9).
  • FIGs 3 and 4 show - rations sacrificee only ILLUST - by way of example a path of movement 14 / a moving path 14 in the machine coordinate system (MCS) or a corresponding to the movement of web 14 in the machine coordinate system moving web 18 (moving path 18) in the workpiece ⁇ coordinate system ( WCS).
  • MCS machine coordinate system
  • WCS workpiece ⁇ coordinate system
  • FIG 4 is The result of the second step 16 (FIG 2) were carried out Coordina ⁇ tentransformation the coordinates of the moving path 14 in the machine coordinate system to the workpiece coordinate system.
  • FIG. 5 shows, in a schematically simplified form, the central aspect of the innovation suggested here. Thereafter, the sequence of steps 10 to evaluate a machining ⁇ processing result 20 according to FIG 2 is supplemented by an intermediate step 30th This is inserted before the second step 16.
  • a defined Ver ⁇ change of axis values By means of the intermediate step 30 is performed a defined Ver ⁇ change of axis values.
  • the change of the axis values can take place on the one hand in the form of a targeted idealization and on the other hand in the form of a targeted deterioration.
  • Targeted idealization avoids disruptive effects.
  • the disturbing effects which can be avoided in the context of a targeted idealization include, for example, friction, Vibrations, lots, a cogging and so on.
  • a simulation with idealized axes takes place during the first step 12 and only thereafter (in the intermediate step 30), for example, an addition of friction or the like.
  • a simulation with idealized axes takes place during the first step 12 and only thereafter (in the intermediate step 30), for example, an addition of friction or the like.
  • a simulation with idealized axes takes place during the first step 12 and only thereafter (in the intermediate step 30), for example, an addition of friction or the like.
  • a simulation with idealized axes takes place during the first step 12 and only thereafter (in the intermediate step 30), for example, an addition of friction or the like.
  • a simulation with idealized axes takes place during the first step 12 and only thereafter (in the intermediate step 30), for example, an addition of friction or the like.
  • Receiving signals for example, location and possibly Ableitun ⁇ gene of the position values and / or engine power, engine torque, Mo ⁇ gate current, etc., and optionally their desired and / or actual values
  • this manifests itself as an unexpected deviation (hysteresis) between the setpoint (before the controller) and the actual value (behind the controller).
  • Idealization would reduce the effect of the backlash, for example by taking the setpoint as the actual value.
  • Dyna ⁇ mik with which an actual value follows a set value, to selectively influence, for example by means of a displacement of the time axis or by using a delay element (PT1, PT2 etc.). Furthermore, by using
  • the evaluation can be supported mathematically. Deviations between desired and actual geometry can be determined numerically ⁇ good and reliable.
  • the work of the user can thus be facilitated by an automated (or semi-automatic and interactive) analysis.
  • the illustrations in FIG. 6, FIG. 7 and FIG. 10 show a region 22 which has been examined in more detail from the movement path 18 in the workpiece coordinate system.
  • the view in FIG 6 shows a detail of the BEWE ⁇ supply extending a result of the performed by the machine tool 1 of each so-called part program resulting set path 32.
  • the representation in Figure 7 in comparison to the same detail as Figure 6 shows the movement course of a measured actual path 34. Obviously, the actual track 34 deviates considerably from the desired track 32, so that it can be assumed that the surface of a component 2 produced using one of the actual tracks 34 does not meet the requirements / quality requirements.
  • FIG. 8 and FIG. 9 show a part of an exemplary partially conically raised surface of a component 2 (viewing direction from outside on the surface of the cone) on the one hand (FIG. 8)
  • the representation in 10 shows in the same section as 6 and FIG 7 the movement course of the 36th in the intermediate step ⁇ 30 idealized trajectory recognizable tunes the idealized trajectory 36 better with the set path 32 match. It can already be seen that the deviations between the actual track 34 and the desired track 32 must have their cause in the mechanics of the machine tool 1.
  • the trajectory generated in the intermediate step 30 36, ⁇ al referred to as whether this idealization or intended deterioration is based on the same track 36 is Ver ⁇ .
  • the idealized motion ⁇ web 36 exemplarily shown in FIG 10 is the result of exclusively to the so-called B-axis (rotation around the Y-axis of the Cartesian coordinate system) related idealization. Because the recognizable in the actual path 34 errors in the idealized movement path 36 does not occur, so that can be automatically inferred by means of the examplary ⁇ rule idealized trajectory 36 and the idealization underlying only for the B-axis so that the deviation between the actual path 34 and the Target path 32 must have its reason in the mechanics (friction, vibrations, lots, cogs, etc. - see above) of the B-axis. - Of course, this applies to an idealization for another axis accordingly.
  • FIG. 11 shows the aforementioned control device 40 in a schematically greatly simplified form.
  • a processing processing unit 44 in the form of or in the manner of a microprocessor- ⁇ sors or the like, and a memory 46, a control program in the as a computer program 48
  • Implementation of the method described here is loaded, which is executed during operation of the control device 40 by the processing unit 44.
  • the illustration shows that the control device 40 is supplied with corresponding input data for the comparison of a nominal trajectory 32 and an idealized trajectory 36.
  • the aforementioned message is ⁇ neriert ge 42nd
  • Such message 42 is an example of a possible within the framework of the method proposed here automatic ⁇ specific diagnosis of the machine tool 1.
  • the controller 40 is preferably at the already existing in a machine tool 1 Steue ⁇ reasoner 40 which productive operation of the machine tool 1 controls and monitors.
  • the Steuerungseinrich ⁇ tung 40 (or alternatively another control device having a similar functionality) also performs the steps shown in Figure 5 12, 16, and especially also the interim ⁇ rule step 30 and the computer program 48 executed by the controller 40 in accordance comprises Com ⁇ computer program instructions to execute these steps 12, 16 and the intermediate step 30.
  • a Be ⁇ peculiarity of the method proposed here is that based on the motion data automatically an idealization or desired deterioration is made and due to the idealization or deterioration a reference path 36 of the production or machine tool 1 re ⁇ consulted.
  • This comparison track 36 can be compared to the actual track 34 and / or the desired track 32 for the diagnosis of the pro ⁇ production or machine tool 1.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Produktions- oder Werkzeugmaschine (1), wobei zum Erhalt von Bewegungsdaten zum Beispiel mittels der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) ein Bauteil (2) bearbeitet wird, wobei aufgrund einer jeweiligen Spezifikation des Bauteils (2) eine Sollbahn (32) der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) und aufgrund der Bewegungsdaten eine Istbahn (34) der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) resultiert, wobei auf Basis der Bewegungsdaten automatisch eine Idealisierung oder gewünschte Verschlechterung vorgenommen wird und aufgrund der Idealisierung oder Verschlechterung eine Vergleichsbahn (36) der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) resultiert und wobei die Vergleichsbahn (36) automatisch mit der Istbahn (34) und/oder der Sollbahn (32) verglichen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betrieb einer Produktions- oder Werkzeugmaschine, nach dem Verfahren arbeitende Produktions- oder Werkzeug- maschine und Computerprogramm als Implementierung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Produktions- oder Werkzeugmaschine. Im Weiteren betrifft die Er- findung auch eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung, insbesondere eine nach dem Verfahren arbeitende Produktions¬ oder Werkzeugmaschine oder eine zur Steuerung und/oder Überwachung der Produktions- oder Werkzeugmaschine bestimmte Steuerungseinrichtung, die ansonsten ebenfalls nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren arbeitet. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Computerprogramm als Implementierung des Verfahrens, welches beim Betrieb einer Produktions- oder Werkzeugmaschine ausgeführt wird. Das Fertigungsergebnis bei der Herstellung eines Werkstücks auf einer NC-gesteuerten Werkzeugmaschine oder dergleichen hängt von der Art der Maschine, deren mechanischen Komponenten und der Güte der Maschinenoptimierung ab. Besonders bei einer fünfachsigen Bearbeitung mit drei kartesischen Achsen und zwei Rundachsen spielt zusätzlich auch die Kinematik der Maschine eine große Rolle. Die Auswirkungen hängen unter an¬ derem von der konkreten AufSpannsituation des jeweiligen Werkstücks ab. Aufgrund der kinematischen Kopplung der Achsen führt eine kleine kartesische Verschiebung oft zu dramatisch anderen Bewegungsprofilen der NC-Achsen.
Heute sind die im Folgenden adressierten Zusammenhänge in Si¬ mulationsumgebungen für eine virtuelle Fertigung eines Werkstücks nicht berücksichtigt. Oftmals bleibt also nur die Her- Stellung und Begutachtung von Probeteilen. Es ist aber sofort und ohne Weiteres ersichtlich, dass dies in nachteiliger Art und Weise zeitaufwendig, ressourcenintensiv und kostenintensiv ist. Aus der DE 103 52 815 B4 ist ein Simulationsverfahren für eine Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine bekannt. Dabei wird kurz gefasst als Simulationsprogramm die Steuerungssoftware der Steuerung der Werkzeugmaschine selbst verwendet. Im Rahmen der Simulation besteht dann zum Beispiel die Möglichkeit, die Zeitbasis anzupassen, so dass die Simu¬ lation im Vergleich zur Echtzeit schneller oder langsamer ablaufen und auch angehalten oder unterbrochen werden kann.
Aus der Veröffentlichung Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal: „CNC-Handbuch 2013/2014", Carl Hanser Verlag, München 2013, Seite 461, geht hervor, dass es üblich ist, bei CNC- gesteuerten Maschinen die Achspositionen bzw. Gelenkwinkel als „Maschinenkoordinaten" zu bezeichnen.
Aus der Druckschrift W02016/065492A1 geht ein computerimple¬ mentiertes Verfahren zum Analysieren der Qualität eines Werkstücks, das von mindestens einer CNC (Computer Numerical Control) -Maschine bearbeitet wird, hervor. Dabei wird ein digitales Maschinenmodell der CNC-Maschine mit Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Prozessdaten der mindestens einen CNC-Maschine versehen, wobei die Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Prozessdaten während des Bearbeitungsprozesses des betreffenden Werkstücks aufgezeichnet werden und wobei der betreffende Bearbeitungs- prozess anhand des digitalen Maschinenmodells mindestens teilweise basierend auf den aufgezeichneten Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Prozessdaten simuliert wird. Aus der Druckschrift EP3125054A1 geht ein Verfahren zur Ausrichtung eines zu bearbeitenden Werkstücks mit folgenden Schritten hervor: a) Bereitstellen eines werkstückfesten Bearbeitungspfades zur Bearbeitung des Werkstücks; b) Auswählen einer starren Transformation der Positionierung des Werk- Stücks; c) Simulieren des werkstückfesten Bearbeitungspfades unter Berücksichtigung der starren Transformation der Positionierung des Werkstücks; d) Ermitteln mindestens einer Pro¬ zessgröße der spanenden Bearbeitung des Werkstücks; wobei die Schritte b) bis d) unter Modifizieren der mindestens einen starren Transformation der Positionierung des Werkstücks wiederholt werden bis die mindestens eine Prozessgröße einen Zielwert erreicht.
Aus der Druckschrift EP3125054A1 geht ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Simulation eines Steuerungs- und/oder Maschinenverhaltens von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen hervor, wobei Daten über die Werkzeug- oder Produktionsmaschinen von dieser zu einer Simulationseinrichtung mittels eines Intranets und/oder mittels eines Internets übertragen werden. Die Daten können automatisch zur Simulationseinrichtung übertragen werden, wobei insbesondere zumindest nach der Änderung eines Datums aus der Menge der Daten zumindest dieses Datum zur Simulationseinrichtung übertragen wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Möglichkeit für eine Simulation einer Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine oder dergleichen anzugeben.
Die hier vorgeschlagene Neuerung kommt nicht nur für Werk¬ zeugmaschinen, sondern allgemein für achsbasierte Maschinen in Betracht. Als Werkzeugmaschine werden bekanntlich alle Ma- schinen bezeichnet, die unter anderem im Maschinenbau und im Werkzeugbau zur Bearbeitung von Bauteilen (Rohteilen, Werkstücken) mit Werkzeugen dienen und zur Bewegung des jeweiligen Werkzeugs eine Mehrzahl von Maschinenachsen aufweisen. Zu den Werkzeugmaschinen gehören auch sogenannte NC- oder CNC- Maschinen. Ein Industrieroboter ist bekanntlich eine universelle, programmierbare Maschine mit einer Mehrzahl von Ma¬ schinenachsen, die neben einer Bearbeitung von Bauteilen alternativ auch zur Handhabung von Werkstücken und für Montagezwecke bestimmt und eingerichtet ist. Ein Industrieroboter ist ein Beispiel für eine hier als Produktionsmaschine be¬ zeichnete allgemeine Bearbeitungsmaschine. Eine Werkzeugma¬ schine ist ein Beispiel für eine spezielle Bearbeitungsma¬ schine. Zwecks Erfassung aller Möglichkeiten von achsbasier- ten Maschinen, die zum Be- oder Verarbeiten von Bauteilen, deren Handhabung und Transport oder zum Beispiel zur maßge¬ nauen Platzierung in Relation zu zumindest einem weiteren Bauteil bestimmt und eingerichtet sind, wird im Folgenden von Produktions- oder Werkzeugmaschinen gesprochen.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens zum Betrieb einer Produktions- oder Werkzeugma¬ schine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist Folgendes vorgesehen: Es werden Bewegungsdaten der jeweiligen Produktions- oder Werkzeugmaschine aufgenommen oder gene¬ riert. Zum Erhalt solcher Bewegungsdaten kommt zum Beispiel in Betracht, dass mittels der Produktions- oder Werkzeugma¬ schine in an sich bekannter Art und Weise ein Bauteil bear- beitet wird. Alternativ wird zum Erhalt solcher Bewegungsda¬ ten die Produktions- oder Werkzeugmaschine ohne ein solches Bauteil, ansonsten aber wie bei einer Bearbeitung eines Bauteils verfahren. Eine nochmals weitere Alternative zum Erhalt von Bewegungsdaten besteht darin, dass mittels einer virtuel- len Produktions- oder Werkzeugmaschine die Bearbeitung eines Bauteils simuliert wird. Aufgrund einer jeweiligen Spezifika¬ tion des Bauteils resultiert in einem sogenannten Werkstückkoordinatensystem (WKS) eine im Folgenden als Sollbahn bezeichnete Bewegungsbahn der Produktions- oder Werkzeugmaschi- ne, genauer eine Sollbahn eines Angriffspunkts des jeweiligen Werkzeugs am jeweiligen Bauteil (Tool Center Point; TCP) . Aufgrund der aufgenommenen Bewegungsdaten resultiert eine im Folgenden als Istbahn bezeichnete tatsächliche Bewegungsbahn der Produktions- oder Werkzeugmaschine (Bewegungsbahn des TCP) . Gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz ist nun vorgesehen, dass auf Basis der aufgenommenen Bewegungsdaten automatisch eine Idealisierung oder gewünschte Verschlechterung der resultierenden Bewegungsbahn vorgenommen wird. Aufgrund einer solchen Idealisierung oder Verschlechterung resultiert eine weitere (fiktive) Bewegungsbahn der Produktions- oder Werk¬ zeugmaschine (Bewegungsbahn des TCP) , die zur Unterscheidung als Vergleichsbahn bezeichnet wird. Diese wird zum Erhalt von Informationen über die Produktions- oder Werkzeugmaschine mit der Istbahn und/oder der Sollbahn verglichen.
Der Vorteil des hier vorgeschlagenen Ansatzes besteht darin, dass bei einer aufgrund einer Idealisierung resultierenden Vergleichsbahn und deren Vergleich zum Beispiel mit der
Istbahn eine Information darüber erhältlich ist, wie exakt mit der jeweiligen Produktions- oder Werkzeugmaschine ein Bauteil bearbeitet werden kann. Die Istbahn und die Ver- gleichsbahn ergeben sich aufgrund der Bewegungsdaten der jeweiligen Produktions- oder Werkzeugmaschine und entsprechend fließen mechanische und kinematische Eigenschaften der Pro¬ duktions- oder Werkzeugmaschine in die Istbahn und die Ver¬ gleichsbahn ein. Zum Beispiel gehen eine mit der Zeit nach- lassende Steifigkeit der Maschinenachse oder eine mit der Zeit zunehmende Reibung einer Maschinenachse in die Bewe¬ gungsdaten und zumindest in die Istbahn ein. Bei einer zum Beispiel durch Glättung oder Filterung der Bewegungsdaten erhaltenen Vergleichsbahn sind solche Einflüsse reduziert und es lässt sich gewissermaßen eine Maschinenachse mit der ur¬ sprünglichen Steifigkeit und/oder der ursprünglichen Reibung simulieren. Ein Vergleich der Vergleichsbahn mit der Istbahn und/oder der Sollbahn liefert damit Erkenntnisse, wie zum Beispiel bestimmte unvermeidliche Verschleißeffekte die Qua- lität einer Be- oder Verarbeitung eines Bauteils mittels der Produktions- oder Werkzeugmaschine beeinflussen.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung und/oder Überwachung einer Produkti- ons- oder Werkzeugmaschine gelöst, die nach dem Verfahren wie hier und im Folgenden beschrieben arbeitet und dazu Mittel zur Durchführung des Verfahrens umfasst. Das im Folgenden be¬ schriebene Verfahren ist zur automatischen Ausführung bevorzugt in Form eines Computerprogramms realisiert.
Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer, nämlich die Steuerungseinrichtung der Produktions- oder Werkzeugmaschine, ausführbaren Pro- grammcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung einer Produktions- oder Werkzeugmaschine, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.
Das Computerprogramm ist zur Ausführung durch ein Computersystem, insbesondere eine zur Steuerung und/oder Überwachung einer Produktions- oder Werkzeugmaschine vorgesehene Steue¬ rungseinrichtung, bestimmt. Wenn im Folgenden Verfahrensschritte oder Verfahrensschrittfolgen beschrieben werden, bezieht sich dies auf Aktionen, die aufgrund des Computerpro¬ gramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgen, sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen ist, dass einzelne Aktionen durch einen Benutzer des Computerprogramms veranlasst werden. Zumindest bedeutet jede Verwendung des Be¬ griffs „automatisch", dass die betreffende Aktion aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerpro¬ gramms erfolgt.
Anstelle eines Computerprogramms mit einzelnen Programmcode¬ anweisungen kann die Implementierung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens auch in Form von Firmware erfolgen. Dem Fachmann ist klar, dass anstelle einer
Implementation eines Verfahrens in Software stets auch eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware möglich ist. Daher soll für die hier vorgelegte Beschreibung gelten, dass von dem Begriff Software oder dem Begriff Computerprogramm auch andere
Implementationsmöglichkeiten, nämlich insbesondere eine
Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware, umfasst sind.
Für die weitere Beschreibung gilt zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen, dass Merkmale und Details, die im Zusammen hang mit dem genannten Verfahren zum Betrieb einer Produkt ons- oder Werkzeugmaschine sowie eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit und im Hinblick auf die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Steuerungseinrichtung einer solchen Produktionsoder Werkzeugmaschine oder die Produktions- oder Werkzeugma¬ schine insgesamt und umgekehrt gelten. Entsprechend kann das Verfahren zum Betrieb einer Produktions- oder Werkzeugmaschine auch mittels einzelner oder mehrerer Verfahrensmerkmale fortgebildet sein, die sich auf von der Steuerungseinrichtung bzw. der Produktions- oder Werkzeugmaschine ausgeführte Ver¬ fahrensschritte beziehen. Genauso kann die Steuerungseinrichtung bzw. die Produktions- oder Werkzeugmaschine durch Mittel zur Ausführung von im Rahmen des Verfahrens ausgeführten Verfahrensschritten fortgebildet sein. Entsprechend gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem hier vorge¬ schlagenen Verfahren zum Betrieb einer Produktions- oder Werkzeugmaschine und eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit und im Hinblick auf die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte
Steuerungseinrichtung sowie die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Produktions- oder Werkzeugmaschine und je¬ weils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Aspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen inner¬ halb der Ansprüche weisen auf die weitere Ausbildung des Ge¬ genstandes des in Bezug genommenen Anspruchs durch die Merk¬ male des jeweiligen abhängigen Anspruchs hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale oder Merkmalskombi¬ nationen eines abhängigen Anspruchs zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem abhängigen Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform des gegen- ständlichen Verfahrens / der gegenständlichen Vorrichtung nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte abhängiger Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Ermitt¬ lung der Vergleichsbahn automatisch dann, wenn sich bei einem Vergleich der Istbahn mit der Sollbahn, ggf. einem abschnittsweisen Vergleich, also einem Vergleich eines Abschnitts der Istbahn mit einem korrespondierenden Abschnitt der Sollbahn, eine einen vorgegebenen oder vorgebbaren
Schwellwert überschreitende Abweichung ergibt. Eine solche Abweichung von der Sollbahn deutet darauf hin, dass die Be- oder Verarbeitung des jeweiligen Bauteils nicht mit der vorgesehenen Exaktheit erfolgen kann. Dann liegt es nahe, dass eine Wartung der Produktions- oder Werkzeugmaschine erforder¬ lich sein kann. Ob eine solche Wartung notwendig oder sinnvoll ist, ergibt sich, wenn bei einem Vergleich einer automatisch erzeugten Vergleichsbahn mit der Sollbahn (oder einem abschnittsweisen Vergleich von Vergleichs- und Sollbahn) solche Abweichungen nicht mehr auftreten oder zumindest reduziert sind. Das Verfahren ermöglicht also ein bedarfsgerech¬ tes Veranlassen und/oder Einplanen von Wartungs- oder
Instandhaltungsmaßnahmen an einer Produktions- oder Werkzeugmaschine .
Die Erfindung sieht vor, dass die Bewegungsdaten in Form von Daten zu einer Bewegungsbahn der Produktions- oder Werkzeug- maschine in einem Maschinenkoordinatensystem vorliegen, dass die Bewegungsbahn im Maschinenkoordinatensystem in eine Bewegungsbahn in einem Werkstückkoordinatensystem transformierbar ist und dass die Idealisierung oder Verschlechterung vor oder im Zusammenhang mit der Transformation der Bewegungsbahn im Maschinenkoordinatensystem in das Werkstückkoordinatensystem erfolgt. Dies trägt der Erkenntnis Rechnung, dass eine sol¬ che, grundsätzlich an sich bekannte Transformation vom Maschinenkoordinatensystem ins Werkstückkoordinatensystem (Ko- ordinatentransformation) stark nichtlinear ist. Kleine Änderungen in der Bewegungsbahn im Maschinenkoordinatensystem können somit zu erheblichen Änderungen in der korrespondierenden Bewegungsbahn im Werkstückkoordinatensystem führen. Eine der Vergleichsbahn zugrunde liegende Idealisierung oder gewünschte Verschlechterung wird daher zweckmäßig im Werkstückkoordinatensystem durchgeführt, zumal die Effekte einer solchen Idealisierung oder Verschlechterung im Werkstückkoordinatensystem besser beobachtbar sind als im Maschinenkoordi- natensystem.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Verfahrens wird die Idealisierung oder Verschlechterung sukzessive für alle von der Produktions- oder Werkzeugmaschine umfassten Achsen durchgeführt und zwar nach¬ einander für jeweils genau eine Achse der Produktions- oder Werkzeugmaschine. Dann kann zum Beispiel die oben exempla¬ risch beschriebene Bewertung, ob bestimmte Verschleißerschei¬ nungen vorliegen, für jede Achse einzeln durchgeführt werden, so dass sich schließlich genau ergibt, welche Achse oder wel¬ che Achsen von Verschleißerscheinungen oder dergleichen betroffen sind. Dies erlaubt eine sehr genaue Diagnose der je¬ weiligen Produktions- oder Werkzeugmaschine und davon ausge¬ hend eine exakte Planung von Wartungs- oder Instandhaltungs- maßnahmen an einer Produktions- oder Werkzeugmaschine bis hin zu einer bedarfsabhängigen Ersatzteilbeschaffung.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegen- stände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Er¬ findung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegen- den Offenbarung durchaus auch Ergänzungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche, die zum Beispiel durch Kombina¬ tion oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu ne en Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
Es zeigen
FIG 1 eine Werkzeugmaschine,
FIG 2 eine Schrittfolge zum Erhalt eines virtuellen Bear¬ beitungsergebnisses eines Betriebs einer Werkzeugma¬ schine und zugrunde liegender Bewegungsdaten,
FIG 3 eine zum Beispiel bei einer Bearbeitung eines Bau¬ teils mittels einer Werkzeugmaschine aufgenommene Be- wegungsbahn der Werkzeugmaschine in einem sogenannten
Maschinenkoordinatensystem,
FIG 4 eine zu der Bewegungsbahn gemäß FIG 3 korrespondie¬ rende Bewegungsbahn der Werkzeugmaschine in einem so¬ genannten Werkstückkoordinatensystem, wobei die Bewe- gungsbahn im Werkstückkoordinatensystem aufgrund einer Koordinatentransformation der Bewegungsbahn gemäß FIG 3 resultiert,
FIG 5 eine Schrittfolge gemäß FIG 2 mit einem in die
Schrittfolge eingefügten Zwischenschritt zur Ideali- sierung oder Verschlechterung der Bewegungsdaten,
FIG 6 eine bei einer Be- oder Verarbeitung eines Bauteils abzufahrende Sollbahn der Werkzeugmaschine,
FIG 7 eine aufgrund der Bewegungsdaten resultierende
Istbahn der Werkzeugmaschine,
FIG 8 ein mittels einer Werkzeugmaschine gefertigtes Bau¬ teil mit aufgrund von Abweichungen zwischen einer vorgesehenen Sollbahn und einer tätsächlichen Istbahn resultierenden Fehlern in der Oberfläche des Bauteils,
FIG 9 das Bauteil gemäß FIG 8 ohne Fehler in dessen Ober¬ fläche,
FIG 10 eine aufgrund einer in dem Zwischenschritt (FIG 6) erfolgenden Idealisierung der Bewegungsdaten resul- tierende Vergleichsbahn, welche zwecks Diagnose der Werkzeugmaschine mit der Soll- und/oder Istbahn ver¬ glichen wird, und
FIG 11 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer
Steuerungseinrichtung zur Ausführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens beim Vergleich einer Vergleichsbahn mit der Sollbahn, wobei als Ergebnis des Vergleichs als Diagnose der Werkzeugmaschine eine Meldung generiert wird.
Die Darstellung in FIG 1 zeigt - schematisch stark vereinfacht - als Beispiel für eine Produktions- oder Werkzeugma¬ schine 1 der eingangs genannten Art eine grundsätzlich an sich bekannte Werkzeugmaschine 1 und ein mittels der Werk- zeugmaschine 1 in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise hergestelltes oder bearbeitetes Bauteil 2.
Der Vorteil der hier vorgeschlagenen Neuerung besteht darin, dass ein mittels einer Werkzeugmaschine 1 mit drei, fünf oder mehr Achsen zu fertigendes Bauteil 2 virtuell, also im Rahmen einer Simulation, gefertigt und dessen Oberflächengüte beur¬ teilt werden kann. Dabei werden typische Besonderheiten und Effekte berücksichtigt, die durch eine jeweilige Kinematik der Werkzeugmaschine 1 bedingt sind. Bei einer besonderen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes können zum Beispiel Abhängigkeiten zwischen Effekten im Werkstückkoordinatensystem und auf Achsebene aufgedeckt und untersucht wer¬ den . Aufgrund der geometrischen Gegebenheiten ist die mathematische Transformation zwischen den Bewegungen der einzelnen Achsen der jeweiligen Werkzeugmaschine 1 im sogenannten Maschinenkoordinatensystem (MKS) einerseits und der Bewegung des Werkzeugs im sogenannten Werkstückkoordinatensystem (WKS) stark nichtlinear. Kleine Änderungen/Bewegungen im Maschinenkoordinatensystem können sich somit stark und deutlich im Werkstückkoordinatensystem abbilden und umgekehrt. - Bei den Achsen der Werkzeugmaschine 1 handelt es sich in grundsätz- lieh an sich bekannter Art und Weise zum Beispiel um drei kartesische Achsen sowie eine oder zwei Rundachsen. Andere Achskonfigurationen sind ebenso denkbar. Mechanische, maschinenbauliche und regelungstechnische Effek¬ te, die das Ergebnis der Bearbeitung des jeweiligen Bauteils 2 (Werkstücks) beeinflussen, spielen sich typischerweise im Maschinenkoordinatensystem ab. Reibung, Umkehrspiel, Getriebefehler und dergleichen wirken auf Achsebene. Ebenso ist es mit dynamischen Größen wie Schleppabstand, Störsteifigkeit, Regelungsbandbreite usw. einer Achse. Erst beim Kontakt des jeweiligen Werkzeugs mit der Oberfläche des jeweiligen Bau¬ teils 2 (Bauteil-/Werkstückoberfläche) werden die Auswirkun¬ gen auf den Bearbeitungsprozess und schließlich auf die Bau- teiloberfläche, also im Werkstückkoordinatensystem, sichtbar.
Zur Bewertung einer Güte einer Bearbeitung eines Bauteils 2 sowie einer Qualität des aufgrund der Bearbeitung resultie¬ renden Bauteils 2 wird zum Beispiel gemäß dem in FIG 2 sche- matisch vereinfacht gezeigten Ablauf (Schrittfolge 10 zur Be¬ wertung eines Ergebnisses einer Bearbeitung eines Bauteils 2 durch eine Werkzeugmaschine 1) vorgegangen:
- Zunächst (erster Schritt 12) wird eine Bewegung der Achsen der jeweiligen Werkzeugmaschine 1 (Maschinenachsen) veranlasst, simuliert oder virtualisiert . Dazu wird zum Beispiel das zu fertigende Bauteil 2 in üblicher Art und Weise auf ei¬ ner Werkzeugmaschine 1 gefertigt. Alternativ wird bei einer realen Werkzeugmaschine 1 das Werkzeug wie bei einer Bearbei- tung des Bauteils 2 verfahren, allerdings ohne dass sich ein Bauteil 2 oder dergleichen in der Werkzeugmaschine 1 befindet (Bearbeitung „in der Luft") . Als weitere Alternative erfolgt eine komplett virtuelle Bearbeitung des Bauteils 2. Jede der drei Alternativen liefert Bewegungsdaten der Werkzeugmaschine 1, also entweder Bewegungsdaten der realen Werkzeugmaschine 1 oder Bewegungsdaten der virtuellen Werkzeugmaschine. Diese Bewegungsdaten werden als Bewegungsverläufe der einzelnen Maschinenachsen (der realen Werkzeugmaschine 1 oder der virtu- eilen Werkzeugmaschine) aufgezeichnet und zwar im Maschinen¬ koordinatensystem. Optional werden im Maschinenkoordinatensystem andere messbare Größen oder daraus abgeleitete Größen aufgezeichnet, zum Beispiel eine Richtungsumkehr einer Ma- schinenachse .
- Das Ergebnis der tatsächlichen, simulierten oder virtuellen Bearbeitung im vorangehenden Schritt 12 sind zusammenfassend als Bewegungsverläufe 14 im Maschinenkoordinatensystem be- zeichnete Daten.
- In einem weiteren Schritt (zweiter Schritt 16) werden die Bewegungsverläufe 14 im Maschinenkoordinatensystem mittels einer dafür notwendigen, an sich bekannten Transformations- Vorschrift zur Koordinatentransformation in das Werkstückkoordinatensystem transformiert.
- Aufgrund dieser Koordinatentransformation ergeben sich Bewegungsverläufe 18 im Werkstückkoordinatensystem. Auf deren Basis kann das Bearbeitungsergebnis 20 zum Beispiel auf einem Computermonitor dargestellt und anschließend analysiert und bewertet werden, ohne dass ein Rohteil verbraucht wurde. Da¬ für wird das Bearbeitungsergebnis 20 oder ein Teil des Bear¬ beitungsergebnisses 20 zum Beispiel als geometrisch berechne- te Oberfläche dargestellt (siehe FIG 8, FIG 9) .
Von entscheidender Bedeutung für den Erhalt eines solchen Bearbeitungsergebnisses 20 ist die in der Darstellung in FIG 2 symbolisch mit dem Text „MKS => WKS" veranschaulichte Koordi- natentransformation vom Maschinenkoordinatensystem in das Werkstückkoordinatensystem im zweiten Schritt 16. Hier erfolgt die Abbildung der Bewegungen der Maschinenachsen in ein zur Beurteilung des Bearbeitungsergebnisses 20 verwendbares Bezugssystem, nämlich das Werkstückkoordinatensystem. Eine Analyse im Maschinenkoordinatensystem ist dagegen nicht zielführend, denn aufgrund sogenannter Ausgleichsbewegungen bei aktiver Transformation (Verfahren der kartesischen Achsen beim Umorientieren des Werkzeugs) muss noch nicht einmal die räumliche Bahn der drei Linearachsen etwas mit dem Bearbei¬ tungsergebnis 20 zu tun haben.
Die Darstellungen in FIG 3 und FIG 4 zeigen - nur für Illust- rationszwecke - exemplarisch eine Bewegungsbahn 14 / einen Bewegungsverlauf 14 im Maschinenkoordinatensystem (MKS) bzw. eine zu der Bewegungsbahn 14 im Maschinenkoordinatensystem gehörige Bewegungsbahn 18 (Bewegungsverlauf 18) im Werkstück¬ koordinatensystem (WKS) . Die Darstellung in FIG 4 ist das Er- gebnis der im zweiten Schritt 16 (FIG 2) erfolgten Koordina¬ tentransformation der Koordinaten der Bewegungsbahn 14 im Maschinenkoordinatensystem in das Werkstückkoordinatensystem.
Während die Darstellung der Bewegungsbahn 18 im Werkstückko- ordinatensystem (FIG 4) das Bearbeitungsergebnis 20 erkennen lassen, ist die Form des gefertigten Werkstücks anhand der Bewegungsbahn 14 im Maschinenkoordinatensystem (FIG 3) nicht erkennbar. In der Darstellung im Werkstückkoordinatensystem (FIG 4) lassen sich damit Defekte im jeweiligen Bearbeitungs- ergebnis 20 räumlich der Bewegungsbahn 18 zuordnen. Damit ist es zum Beispiel möglich, einen für eine Beurteilung des jeweiligen Bearbeitungsergebnisses 20 relevanten oder repräsentativen Bereich 22 auszuwählen. Die Darstellung in FIG 5 zeigt in schematisch vereinfachter Form den zentralen Aspekt der hier vorgeschlagenen Neuerung. Danach wird die Schrittfolge 10 zur Bewertung eines Bearbei¬ tungsergebnisses 20 gemäß FIG 2 um einen Zwischenschritt 30 ergänzt. Dieser wird vor dem zweiten Schritt 16 eingefügt.
Mittels des Zwischenschritts 30 erfolgt eine definierte Ver¬ änderung der Achswerte. Die Veränderung der Achswerte kann einerseits in Form einer gezielten Idealisierung und anderseits in Form einer gezielten Verschlechterung erfolgen.
Bei einer gezielten Idealisierung werden störende Effekte vermieden. Zu den im Rahmen einer gezielten Idealisierung vermeidbaren störenden Effekten gehören zum Beispiel Reibung, Schwingungen, Lose, ein Nutrasten und so weiter. Dazu erfolgt zum Beispiel während des ersten Schritts 12 eine Simulation mit idealisierten Achsen und erst danach (im Zwischenschritt 30) zum Beispiel eine Hinzunahme von Reibung oder derglei- chen. Alternativ kann während des ersten Schritts 12 eine
Aufnahme von Signalen (zum Beispiel Lage und evtl. Ableitun¬ gen der Lagewerte und/oder Motorkraft, Motordrehmoment, Mo¬ torstrom etc. und ggf. deren Soll- und/oder Istwerte) vor und/oder hinter einem der Regler der Werkzeugmaschine 1 er- folgen. Bei einer eventuellen Umkehrlose einer Motorachse macht sich dies in Form einer unerwarteten Abweichung (Hysterese) zwischen dem Sollwert (vor dem Regler) und dem Istwert (hinter dem Regler) bemerkbar. Bei einer Idealisierung würde man den Effekt der Umkehrlose reduzieren, zum Beispiel indem der Sollwert als Istwert übernommen wird. Durch eine solche Übernahme des Sollwerts als Istwert sind alle störenden Ef¬ fekte beseitigt (Idealisierung). Bei einer gezielten Verschlechterung werden bestimmte Effekte, zum Beispiel eine er¬ höhte Reibung, gezielt provoziert oder betont. Eine zusätzli- che oder alternative Möglichkeit für eine Idealisierung oder auch eine gezielte Verschlechterung besteht darin, die Dyna¬ mik, mit welcher ein Istwert einem Sollwert folgt, gezielt zu beeinflussen, zum Beispiel mittels einer Verschiebung der Zeitachse oder durch Verwendung eines Verzögerungsglieds (PT1, PT2 etc.) . Des Weiteren können durch Verwendung von
Filtern (Tiefpass, Hochpass, Bandpass etc.) bestimmte Effek¬ te, zum Beispiel Schwingungen im Antriebsstrang, gezielt überhöht werden (Verschlechterung) oder gezielt bedämpft werden (Idealisierung). Zum Beispiel können Resonanzschwingungen gezielt hervorgerufen oder verstärkt oder gezielt bedämpft oder eliminiert werden. Mit den aufgrund einer solchen Idea¬ lisierung oder gezielten Verschlechterung resultierenden Daten erfolgt eine erneute Ermittlung der Bewegungsverläufe 14 im Maschinenkoordinatensystem und mittels der oben genannten Koordinatentransformation die Ermittlung der zugehörigen Bewegungsverläufe 18 im Werkstückkoordinatensystem. Als Ergebnis dieser Berechnung ist die Auswirkung von Störungen in den Maschinenachsen auf der Werkstückoberfläche erkennbar / analysierbar .
Eine weitere Möglichkeit zur Untersuchung einer Werkzeugma- schine 1 nach dem hier vorgeschlagenen Ansatz besteht in einer Änderung der Aufspannsituation des jeweiligen Bauteils 2, denn es kann vorkommen, dass ein Bauteil 2 in einer ersten Aufspannsituation korrekt bearbeitet wird, während sich bei einer abweichenden, zweiten Aufspannsituation Fehler in der Bearbeitung des Bauteils zum Beispiel in Form von Fehlern auf der Werkstückoberfläche bemerkbar machen, zum Beispiel auf¬ grund unterschiedlicher Ausgleichbewegungen in den verschiedenen AufSpannpositionen . Hier besteht die Möglichkeit, bei einer Aufspannsituation, die zu solchen Fehlern geführt hat, eine Idealisierung einzelner Achsen anzuschließen, um auf diesem Wege die Achse oder die Achsen zu ermitteln, die in der jeweiligen Aufspannsituation zu der fehlerhaften Bearbeitung führen. Alternativ besteht die Möglichkeit, verschiedene AufSpannsituationen zu simulieren oder mit der Werkzeugma- schine 1 (mit oder ohne Werkzeug) abzufahren, um zu prüfen, ob die Aufspannsituation Einfluss auf das Ergebnis der Bear¬ beitung hat. Dann kann eine Idealisierung einzelner Achsen anschließen . Auf diesem Wege lassen sich bequem und eindeutig Ursache und Wirkung zuordnen, nämlich zum Beispiel charakteristische Eigenschaften der Bewegungsbahn 18 im Werkstückkoordinatensystem zu einem Defekt am Bearbeitungsergebnis 20 und damit zu einem Defekt auf einer Oberfläche eines eventuell gefertigten Bauteils 2.
Die Auswertung kann rechnerisch unterstützt werden. Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Geometrie lassen sich nume¬ risch gut und zuverlässig ermitteln. Die Arbeit des Nutzers kann also durch eine automatisierte (bzw. halbautomatische und interaktive) Analyse erleichtert werden. Die Darstellungen in FIG 6, FIG 7 und FIG 10 zeigen einen näher betrachteten Bereich 22 aus der Bewegungsbahn 18 im Werkstückkoordinatensystem. Die Darstellung in FIG 6 zeigt einen Ausschnitt aus dem Bewe¬ gungsverlauf einer aufgrund des von der Werkzeugmaschine 1 ausgeführten jeweiligen sogenannten Teileprogramms resultierenden Sollbahn 32. Die Darstellung in FIG 7 zeigt im Vergleich dazu in demselben Ausschnitt wie FIG 6 den Bewegungs- verlauf einer gemessenen Istbahn 34. Erkennbar weicht die Istbahn 34 erheblich von der Sollbahn 32 ab, so dass davon auszugehen ist, dass die Oberfläche eines mittels einer der Istbahn 34 zugrunde liegenden Bewegungsverlaufs gefertigten Bauteils 2 nicht den Vorstellungen/Qualitätsanforderungen entspricht.
Die Darstellungen in FIG 8 und FIG 9 zeigen insoweit einen Teil einer exemplarisch zum Teil kegelförmig erhabenen Oberfläche eines Bauteils 2 (Blickrichtung von außen auf die Oberfläche des Kegels) und zwar einerseits (FIG 8) mit
Fehlern 3 in der Oberfläche aufgrund einer nicht mit der Sollbahn 32 übereinstimmenden Istbahn 34 und andererseits (FIG 9) dasselbe Bauteil 2 ohne solche Abweichungen von der Sollbahn 32.
Die Darstellung in FIG 10 zeigt im selben Ausschnitt wie FIG 6 und FIG 7 den Bewegungsverlauf einer in dem Zwischen¬ schritt 30 idealisierten Bewegungsbahn 36. Erkennbar stimmt die idealisierte Bewegungsbahn 36 besser mit der Sollbahn 32 überein. Daraus ist bereits erkennbar, dass die Abweichungen zwischen der Istbahn 34 und der Sollbahn 32 ihren Grund in der Mechanik der Werkzeugmaschine 1 haben müssen. Allgemein wird die im Zwischenschritt 30 erzeugte Bewegungsbahn 36, al¬ so unabhängig davon, ob dieser eine Idealisierung oder eine beabsichtigte Verschlechterung zugrunde liegt, als Ver¬ gleichsbahn 36 bezeichnet. Die Beschreibung des Ausführungs¬ beispiels wird allerdings - ohne Verzicht auf eine weiterge- -
hende Allgemeingültigkeit - am Beispiel einer Vergleichsbahn 36 in Form einer idealisierten Bewegungsbahn 36 fortgesetzt.
Zur besseren Eingrenzung der Fehlerursache ist bei einer be- sonderen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes vorgesehen, dass in dem Zwischenschritt 30 sukzessive jeweils eine gezielte Idealisierung oder eine gezielte Verschlechte¬ rung bezüglich genau einer Maschinenachse erfolgt. Als Bewe¬ gungsdaten der nicht von einer solchen Idealisierung/Ver- schlechterung betroffenen Achsen werden die im ersten Schritt 12 aufgenommenen Bewegungsdaten 14 und deren Transformation in das Werkstückkoordinatensystem verwendet.
Die in FIG 10 beispielhaft gezeigte idealisierte Bewegungs¬ bahn 36 ist das Ergebnis einer sich ausschließlich auf die sogenannte B-Achse (Rotation um die Y-Achse des kartesischen Koordinatensystems) beziehenden Idealisierung. Weil der in der Istbahn 34 erkennbare Fehler in der idealisierten Bewegungsbahn 36 nicht auftritt, kann damit anhand der exemplari¬ schen idealisierten Bewegungsbahn 36 und der zugrunde liegenden Idealisierung nur für die B-Achse automatisch gefolgert werden, dass die Abweichung zwischen der Istbahn 34 und der Sollbahn 32 ihren Grund in der Mechanik (Reibung, Schwingungen, Lose, Nutrasten etc. - siehe oben) der B-Achse haben muss. - Selbstverständlich gilt dies bei einer Idealisierung für eine andere Achse entsprechend.
In der konkreten Realisierung ist für eine solche Eingrenzung der Fehlerursache vorgesehen, dass die im Zwischenschritt 30 erfolgende Idealisierung nacheinander für jede der Achsen der jeweiligen Werkzeugmaschine 1 und dann jeweils nur für genau eine Achse erfolgt, so dass sich bei einer fünfachsigen Ma¬ schine 1 entsprechend fünf idealisierte Bewegungsbahnen 36 ergeben, die einzeln mit der Sollbahn 32 verglichen werden. Eine Abweichung zwischen der jeweiligen idealisierten Bewegungsbahn 36 und der Sollbahn 32, zum Beispiel eine Abweichung oberhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwerts, deutet auf ein Problem aufgrund der jeweiligen Achse hin und mittels einer den Vergleich zwischen der Sollbahn 32 und der idealisierten Bewegungsbahn 36 ausführenden Steuerungseinrichtung 40 (FIG 11) wird automatisch zum Beispiel eine Meldung 42 generiert, die einen Benutzer der Werkzeugma- schine 1 auf das jeweils identifizierte Problem hinweist.
Die Darstellung in FIG 11 zeigt die erwähnte Steuerungseinrichtung 40 in schematisch stark vereinfachter Form. Diese umfasst in an sich bekannter Art und Weise eine Verarbei- tungseinheit 44 in Form von oder nach Art eines Mikroprozes¬ sors oder dergleichen sowie einen Speicher 46, in den als Steuerungsprogramm ein Computerprogramm 48 mit einer
Implementation des hier beschriebenen Verfahrens geladen ist, welches beim Betrieb der Steuerungseinrichtung 40 durch deren Verarbeitungseinheit 44 ausgeführt wird. Die Darstellung zeigt, dass der Steuerungseinrichtung 40 für den Vergleich einer Sollbahn 32 und einer idealisierten Bewegungsbahn 36 entsprechende Eingangsdaten zugeführt werden. Als Ergebnis des auf Basis des Computerprogramms 48 automatisch erfolgen- den Vergleichs wird zum Beispiel die erwähnte Meldung 42 ge¬ neriert. Eine solche Meldung 42 ist ein Beispiel für eine im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens mögliche automati¬ sche Diagnose der Werkzeugmaschine 1. Bei der Steuerungseinrichtung 40 handelt es sich bevorzugt um die bei einer Werkzeugmaschine 1 ohnehin vorhandene Steue¬ rungseinrichtung 40, welche den Produktivbetrieb der Werkzeugmaschine 1 steuert und überwacht. Die Steuerungseinrich¬ tung 40 (oder alternativ eine weitere Steuerungseinrichtung mit einem vergleichbaren Funktionsumfang) führt auch die in FIG 5 gezeigten Schritte 12, 16 sowie speziell auch den Zwi¬ schenschritt 30 aus und das mittels der Steuerungseinrichtung 40 ausgeführte Computerprogramm 48 umfasst entsprechend Com¬ puterprogrammanweisungen zur Ausführung dieser Schritte 12, 16 und des Zwischenschritts 30.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel ist der hier vorgeschlagene und am Beispiel einer Werkzeugmaschine erläuterte Ansatz genauso für einen Indust¬ rieroboter und allgemein für Bearbeitungsmaschinen mit mehreren Bewegungsachsen verwendbar.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereich- ten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden ein Verfahren zum Betrieb einer Produktions- oder Werkzeugmaschine 1 sowie eine nach dem Verfah¬ ren arbeitende Vorrichtung, insbesondere eine nach dem Ver¬ fahren arbeitende Produktions- oder Werkzeugmaschine 1 oder eine zur Steuerung und/oder Überwachung einer Produktionsoder Werkzeugmaschine 1 bestimmte und ansonsten nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren arbeitende Steuerungseinrichtung 40. Im Rahmen des Verfahrens erfolgt zum Erhalt von Bewe¬ gungsdaten zum Beispiel mittels der Produktions- oder Werk- zeugmaschine 1 eine Bearbeitung eines Bauteils 2 in grund¬ sätzlich an sich bekannter Art und Weise. Andere Möglichkei¬ ten zum Erhalt von Bewegungsdaten sind weiter oben beschrieben. Aufgrund einer jeweiligen Spezifikation des Bauteils 2 resultiert eine Sollbahn 32 der Produktions- oder Werkzeugma- schine 1 und aufgrund der Bewegungsdaten resultiert eine
Istbahn 34 der Produktions- oder Werkzeugmaschine 1. Eine Be¬ sonderheit des hier vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass auf Basis der Bewegungsdaten automatisch eine Idealisierung oder gewünschte Verschlechterung vorgenommen wird und aufgrund der Idealisierung oder Verschlechterung eine Vergleichsbahn 36 der Produktions- oder Werkzeugmaschine 1 re¬ sultiert. Diese Vergleichsbahn 36 kann zur Diagnose der Pro¬ duktions- oder Werkzeugmaschine 1 mit der Istbahn 34 und/oder der Sollbahn 32 verglichen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Produktions- oder Werkzeugma¬ schine ( 1 ) ,
wobei aufgrund einer jeweiligen Spezifikation des Bauteils
(2) eine Sollbahn (32) der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) und aufgrund von Bewegungsdaten der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) eine Istbahn (34) der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) resultiert,
wobei auf Basis der Bewegungsdaten automatisch eine Idealisierung oder gewünschte Verschlechterung vorgenommen wird und aufgrund der Idealisierung oder Verschlechterung eine Vergleichsbahn (36) der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) resultiert und
wobei die Vergleichsbahn (36) automatisch mit der Istbahn
(34) und/oder der Sollbahn (32) verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsdaten in Form von Daten zu einer Bewegungsbahn (14) der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) in einem Maschinenkoordinatensystem vorliegen, wo- bei die Bewegungsbahn (14) im Maschinenkoordinatensystem in eine Bewegungsbahn (18) in einem Werkstückkoordinatensystem transformierbar ist und wobei die Idealisierung oder Verschlechterung vor oder im Zusammenhang mit der Transformation der Bewegungsbahn (14) im Maschinenkoordinatensystem in das Werkstückkoordinatensystem erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Erhalt von Bewegungsdaten mittels der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) ein Bauteil (2) bearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Erhalt von Bewegungsdaten die Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) ohne ein solches Bauteil (2), ansonsten aber wie bei einer Bearbeitung eines Bauteils (2) verfahren wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Erhalt von Bewegungsdaten mittels einer virtuellen Produktions- oder Werkzeugma¬ schine (1) die Bearbeitung eines Bauteils (2) simuliert wird.
5. Verfahren nacheinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung der Vergleichsbahn (36) automatisch dann erfolgt, wenn sich bei einem Vergleich zwischen der Sollbahn (32) und der Istbahn (34) eine einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert überschreitende Abweichung ergibt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Idealisierung oder Verschlechterung sukzessive für alle von der Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) umfassten Ach¬ sen durchgeführt wird und wobei sich die Idealisierung oder Verschlechterung dabei jeweils auf genau eine Achse der Pro¬ duktions- oder Werkzeugmaschine (1) bezieht. 7. Computerprogramm (48) mit Programmcodemitteln, um alle
Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6 durchzu¬ führen, wenn das Computerprogramm (48) auf einer Steuerungseinrichtung (40) einer Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) ausgeführt wird.
8. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt mittels einer Steuerungseinrichtung (40) einer Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) ausgeführt wird.
9. Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) mit Mitteln (40, 44, 48) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprü- che 1 bis 6.
10. Produktions- oder Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 9, mit einer eine Verarbeitungseinheit (44) und einen Speicher (46) umfassenden Steuerungseinrichtung (40), wobei in den Speicher (46) ein Computerprogramm (48) nach Anspruch 8 geladen ist, welches beim Betrieb der Produktions- oder Werkzeug¬ maschine (1) mittels der Verarbeitungseinheit (44) der Steue¬ rungseinrichtung (40) ausgeführt wird.
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